Лекция 8. Машинная графика и геометрическое моделирование в САПР

 

План лекции

В лекции будут рассмотрены следующие вопросы:

- двумерное и трёхмерное проектирование в САПР;

- графический редактор AutoCAD;

- графический редактор КОМПАС-3D.

Литература: Л.6, Л.7, Л.8.

 

8.1. Двумерное и трёхмерное проектирование в САПР

Прежде чем изготовить промышленное изделие (автомобиль, станок, самолёт, корабль и т.д.), конструктор должен наглядно изо­бразить этот объект, который ещё не существует. Другими словами, проектно-конструкторский процесс определяет будущее изделие.

Конструирование разделяют на два вида деятельности: эскизное проектирование и конструкторская разработка.

При эскизном проектировании определяется принцип действия раз­рабатываемого изделия, изучаются аналоги. На этапе кон­стру­иро­вания разрабатывается полный комплект технической документации (чертежи нового изделия или нового технологического процесса, рас­чёты, сметы, спецификации и т.д.). Техническая документация дол­жна быть достаточна для изготовления конструируемого изделия.

При конструировании нового изделия важный и трудоёмкий вид работ – это разработка инженерно-графической документации.

Издавна чертёж выполняется с использованием чертёжных ин­струментов (линейки, треугольника, циркуля) на планшете (чер­тёжной доске). При этом точность выполнения чертежа зависит от квалификации конструктора и остроты его зрения.

Применение САПР позволяет сократить продолжительность про­ект­но-конструкторских работ, потому что к возможностям САПР относятся:

- более быстрое выполнение чертежей;

- повышение точности выполнения чертежей;

- повышение качества выполнения чертежей;

- возможность многократного использования чертежа. Изобра­же­ние всего чертежа или его части можно сохранить для дальнейшей работы. Сохранённый чертёж может быть использован для последую­щего проектирования.

Различают математическое обеспечение двумерного (2 D ) и трёхмерного (3 D ) моделирования.

Основные применения 2D-графики – подготовка чертёжной доку­мен­тации в машиностроительных САПР, топологическое проекти­ро­вание печатных плат, автоматизированное проектирование маги­страль­ных нефтепроводов и газопроводов и т.д.

Трёхмерные системы (3D) используются для синтеза конструк­ций в машиностроении и проектирования строительных сооружений. Эти системы позволяют имитировать перемещение в пространстве рабочих органов изделия (например, манипуляторов робота). Они позволяют отслеживать траекторию движения инструмента при раз­ра­ботке технологического процесса изготовления деталей на станоч­ном оборудовании различного типа.

Двумерные системы (2 D ). Системы двумерного моделирования распознают геометрические формы, определяемые точками, прямыми или кривыми на плоскости. С помощью двумерных систем создаётся большинство конструкторских документов.

Все команды любой двумерной системы можно разделить на три вида:

- команды черчения;

- команды редактирования;

- команды нанесения размеров, условных обозначений и текста (оформления чертежа).

 

8.2. Графические редакторы системы AutoCAD

AutoCAD пред­став­ляет собой систему, позволяющую автома­ти­зировать чер­тёжно-графические работы. В графическом пакете AutuCAD есть всё, что необходимо конструктору для создания чертежа.

Инструментам черчения в автоматизированной среде соответ­ствуют графические примитивы (точка, отрезок, окружность и др.), команды их редактирования (стирание, перенос, копирование и т д.), команды установки свойств примитива (задание толщины, типа и цвета графических объектов). Для выбора листа нужного формата и масштаба чертежа в системе есть команды настройки чертежа.

Для нанесения размера конструктору необходимо задать место его расположения на чертеже. Размерная и выносная линии, а также стрелки и надписи выполняются автоматически.

Соответствующие команды AutoCAD позволяют увеличивать изображение на экране или уменьшать его при необходимости.

Система позволяет хранить графические объекты под определён­ными номерами и при необходимости вставлять их в любой чертёж, что избавляет конструктора от вычерчивания части повторяющихся элементов чертежа.

Чертить в системе AutoCAD – значит формировать на экране дис­плея изображение из отдельных графических элементов (прими­ти­вов), которые вводятся при помощи соответствующих команд графи­ческого интерфейса.

Ввод команд и графических элементов осуществляется при помо­щи мыши или клавиатуры.

 

8.3. Система КОМПАС-3 D

Программный пакет КОМПАС-3 D можно разделить на три большие составляющие:

- КОМПАС-График – чертёжно-графический редактор;

- КОМПАС-3 D – модуль для работы с трёхмерными моделями;

- редактор спецификаций и текстовых документов.

Каждой составляющей соответствуют свои типы файлов, а каж­дому типу файлов – отдельный значок и собственное расширение.

При первом запуске КОМПАС выводит на экран стартовую стра­ницу, на которой отображено несколько ссылок, используя которые можно выполнить следующие действия:

- Учебное пособие «Азбука КОМПАС» - доступ к интер­актив­но­му учебному пособию, позволяющему самостоятельно освоить от­дельные приёмы работы с программой;

- Форум пользователей КОМПАС – перейти на интернет-стра­ницу форума пользователей системы КОМПАС, где вы можете задать интересующий вас вопрос;

- Сайт Службы технической поддержки – перейти на сайт службы технической поддержки, где вы можете обратиться за помо­щью к специалисту.

КОМПАС-График. Представляет различные решения для дву­мер­ного проектирования. КОМПАС-График полностью поддержи­вает отечественные стандарты ЕСКД или СПДС на оформление конструкторской документации. Начиная с версии V8 Plus, КОМПАС обеспечивает поддержку и международного стандарта ISO. Предус­мотрен набор типов основных надписей, исполь­зую­щихся в машино­строении, строительстве и т.д.

Работа в КОМПАС-График реализована через два типа доку­ментов: КОМПАС-Фрагмент и КОМПАС-Чертёж.

КОМПАС-Фрагмент используется как вспомогательный доку­мент, позволяя сохранять отдельно от чертежа различные его части.

Все команды, предназначенные для создания различных геомет­рических объектов на чертеже, объединены на панели инструментов Геометрия. Большинство команд этой панели объединено в группы по своему функциональному назначению.

Для доступа к командам следует щёлкнуть кнопкой мыши и удер­живать её на кнопке группы, пока не раскроется панель с командами данной группы, после чего можно выбрать любую из них.

Перечислим группы команд:

- для создания точки;

- для построения отрезков;

- для построения окружностей;

- для построения эллипсов.

При построении окружностей и эллипсов есть возможность включить режим автоматического построения осевых линий.

Кроме того, имеются команды для построения многоугольников, выполнения штриховки (различного стиля), заливки и ряд других.

Система КОМПАС-График содержит большой набор средств для создания размеров и различных знаков-обозначений.

Кнопки для вызова команд простановки размеров собраны на панели инструментов Размеры.

Кнопки предлагают все возможные варианты нанесения размеров (линейный, угловой, радиальный, размер дуги окружности и пр.). Доступны различные параметры отображения размера и размерной надписи (параллельно над линией, в разрыве линии и т.д.). Предус­мотрен выбор типа стрелки на концах размерной линии.

Приведём определения некоторых понятий:

- Чертёж – главный графический документ системы КОМПАС-3D, хранящий информацию об изображении, оформлении и прочих элементах конструкторского документа;

- Вид – часть изображения чертежа;

- Оформление чертежа – различные элементы чертежа (основ­ная надпись, рамка, технические требования и т.д.), которые, как правило, должны присутствовать обязательно.

КОМПАС-3 D – модуль для работы с трёхмерными моделями. Переворотом в промышленном проектировании стало применение в конструировании трёхмерной графики. Кроме лучшего визуального представления проектируемых изделий, 3D-графика повышает точность проектирования особенно сложных (составных) объектов, позволяет легко редактировать трёхмерную модель.

Значительную долю среди программных средств для автомати­за­ции инженерного проектирования занимают графические CAD-систе­мы. Они служат для создания трёхмерных моделей машинострои­тель­ных агрегатов, изделий, зданий и т.д., формирования и офор­мления комплекта чертежей вместе с полным набором конструк­торской документации, необходимой для выпуска изделия или сооружения объекта.

Помимо лучшего визуального представления (по сравнению с плоским изображением), трёхмерные модели удобно использовать в инженерных расчётах. Для этого существует другой класс инжене­р­ных систем проектирования - CAE-системы. Расчёты прочности, ки­не­ма­тика и динамика, аэродинамические и гидравлические расчёты и многое другое стало доступным и простым с появлением систем та­ко­го класса. Инженер получает инструмент – трёхмерное пред­став­ление напряжений в изделии, объёмное распределение температур, пространственное моделирование потоков газов, жидкостей и их смесей. Кроме того, трёхмерная модель всегда более точно описывает объект, чем самое подробное двухмерное изображение.

Моделирование – сложный процесс, результатом которого является законченная трёхмерная сцена (модель объекта) в памяти компьютера. Моделирование состоит из создания отдельных объек­тов сцены с их последующим размещением в пространстве.

Рассмотрим основные подходы, предлагаемые в программах 3D-графики для выполнения трёхмерных моделей объектов:

- создание твёрдых тел с помощью булевых операций – путём добавления, вычитания или пересечения материала моделей;

- формирование сложных полигональных поверхностей, так называемых мешей (от английского mesh-сетка), путём полиго­наль­ного или NURBS-моделирования;

- применение модификаторов геометрии (используются в основ­ном в дизайнерских системах моделирования). Модификатором назы­вается действие, назначаемое пользователем, в результате чего свой­ства объекта и его внешний вид изменяются. Модификатором может быть вытягивание, изгиб, скручивание и т.п.

КОМПАС-3 D – это система твёрдотельного моделирования. Это значит, что операции по созданию и редактированию трёхмерных моделей предназначены только для работы с твёрдыми телами.

Твёрдое тело – область трёхмерного пространства, состоящая из однородного материала и ограниченная замкнутой поверхностью, ко­торая сформирована из одной или нескольких стыкующихся граней.

Грань – гладкая (не обязательно плоская) часть поверхности де­та­­ли, ограниченная замкнутым контуром из рёбер. Частный случай – шарообразные твёрдые тела и тела вращения с гладким профилем, состоящие из единой грани, которая, естественно, не имеет рёбер.

Ребро – пространственная кривая произвольной конфигурации, полученная на пересечении двух граней.

Вершина – точка в трёхмерном пространстве. Для твёрдого тела это может быть одна из точек на конце ребра.

В КОМПАС любое изменение формы детали называется трёхмерной формообразующей операцией или просто операцией.

Формировать модель в КОМПАС-3 D можно в двух типах документов: КОМПАС-Деталь и КОМПАС-Сборка.

Документ Деталь предназначен для создания с помощью формообразующих операций и хранения модели целостного объекта (простого изделия, отдельной детали, компонента). Однако не обяза­тельно, чтобы модель в документе КОМПАС-Деталь соответ­ство­вала реальной единичной детали. Например, в качестве единой детали может быть представлена трёхмерная модель подшип­ника, в дей­ствительности состоящего из нескольких деталей.

В документе Сборка собираются в единый агрегат смодели­ро­ванные и сохранённые ранее детали. Эти детали вначале размещают в пространстве, сопрягают вместе и фиксируют.

При выполнении операций в детали возможен выбор нескольких вариантов (режимов) построения:

- при вырезании (удалении материала):

- вычитание элемента – удаление материала детали происходит внутри замкнутой поверхности;

- пересечение элементов – удаление материала детали, находя­ще­гося снаружи поверхности, которая сформирована в результате опе­рации;

- при «приклеивании» (добавление материала):

- новое тело – добавляемый трёхмерный элемент формирует в де­та­­ли новое твёрдое тело независимо от того, пересекается он с уже существующими телами или нет;

- объединение – добавляемый элемент соединяется с твёрдым те­лом, с которым он пересекается;

- автообъединение – при этом система автоматически объединяет в одно тело существующий и новые элементы, если они пересе­ка­ются, или формирует новое тело, если они не пересекаются.

Формообразующие операции (построение деталей). Большин­ство операций по созданию моделей основывается на эскизах.

Эскиз – это двумерное изображение, размещённое на плоскости в трёхмерном пространстве. В эскизе могут присутствовать любые графические элементы (примитивы), за исключение элементов оформления (обозначений) конструкторского чертежа и штриховки. Эскизом может быть как замкнутый контур или несколько контуров, так и произвольная кривая.

Последовательность построения эскиза для формообразующей операции:

1. Выделите в дереве построения или в окне документа плоскость, на которой планируете поместить эскиз. Если в модели уже есть какое-либо тело (или тела), вы можете в качестве опорной плоскости эскиза использовать любую из его плоских граней. Выделить плоскую грань можно только в окне представления документа.

2. Нажмите кнопку Эскиз на панели инструментов Текущее состояние. Модель плавно изменит ориентацию таким образом, чтобы выбранная вами плоскость разместилась параллельно экрану.

3. После запуска процесса создания эскиза контактная панель изменит свой вид. На ней будут расположены панели инстру­ментов, свойственные как трёхмерным, так и графическим документам системы КОМПАС-3 D. Пользуясь командами для двумерных построений, создайте изображение в эскизе. Для завершения создания или редактирования эскиза отожмите кнопку Эскиз.

4. Эскиз останется выделенным в окне документа (подсвечен зелё­ным цветом), поэтому можно вызвать нужную команду и соз­давать или вносить изменения в геометрию модели.

Существует четыре основных подхода к формированию трёх­мер­ных элементов. Рассмотрим их.

- Выдавливание. Форма трёхмерного элемента образуется пу­тём смещения эскиза операции строго по нормали к его плоскос­ти. Во время выдавливания можно задать уклоны внутрь или наружу.

- Вращение. Формообразующий элемент является результатом вращения эскиза в пространстве вокруг произвольной оси.

- Кинематическая операция. Поверхность элемента формиру­ется в результате перемещения эскиза операции вдоль произ­вольной трёхмерной кривой. Эскиз должен содержать обя­за­тельно замкнутый контур, а траектория перемещения – брать начало в плоскости эскиза. Траектория не должна иметь разрывов.

- Операция по сечениям. Трёхмерный элемент создаётся по нескольким сечениям – эскизам. Эскизов может быть сколько угодно, и они могут быть размещены в произвольно ориентированных плоскостях.

   Все команды для построения и редактирования детали распо­ложены на панели инструментов Редактирование дета­ли. Для пере­хода к этой панели надо щёлкнуть на одноимённой кнопке ком­пактной панели. При этом активным должен быть документ КОМПАС-Деталь.

Подобно прочим панелям инструментов, панель Редактирование детали содержит как одиночные кнопки, так и группы кнопок.

Первой идёт группа кнопок, позволяющих добавить материал детали (или создать основание). В неё входят следующие команды:

- Операция выдавливания;

- Операция вращения;

- Кинематическая операция;

- Операция по сечениям.

Все эти команды отвечают определённому способу построения формы твёрдого тела. Как правило, с одной из этих команд начинается построение твёрдого тела.

Ещё одной операцией, с которой начинается построение детали, является Деталь-заготовка. Её кнопка следует сразу за группой команд добавления материала. Эта команда позволяет использовать в качестве заготовки другую ранее построенную и сохранённую деталь.

После вставки детали-заготовки в новый документ можно продолжить построение или редактирование заготовки так же, как если было бы создано основание при помощи операции выдавливания.

Далее идёт группа команд удаления материала детали (команды вырезания):

- вырезать выдавливанием;

- вырезать вращением;

- вырезать кинематически;

- вырезать по сечениям.

Итак, принцип создания трёхмерных моделей в КОМПАС: всё построение детали состоит из последовательного рисования эскизов и выполнения над ними формообразующих операций. Однако недоста­точно использовать в качестве опорных только ортогональные плос­кости.

Как угодно разместить в пространстве плоскости для эскиза можно, используя вспомогательные объекты.

Предусмотрено несколько типов вспомогательных объектов. Основные из них – конструктивные плоскости и конструктивные оси.

Конструктивные плоскости служат для определённого размещения эскиза в пространстве.

Конструктивные оси используются при создании массивов элементов.

Команды для создания перечисленных элементов находятся на панели инструментов « Вспомогательная геометрия ».

Свойства трёхмерных объектов. Все трёхмерные объекты КОМПАС-3 D наделены определёнными свойствами:

- наименование – это название трёхмерного объекта (эскиза, операции, детали и пр.);

- видимость – это свойство управляет отображением трёхмер­ного объекта в документе (скрытый или видимый);

- состояние – любой объект включён или исключён из расчёта;

- цвет – задаёт цвет объекта в модели.

Построение сборочной единицы. Сборочная единица (сборка) – это трёхмерная модель объекта, объединяющая модели деталей и стандартных изделий. Количество деталей в сборке не ограничено.

Компонентом сборки может быть твёрдотельная или листовая деталь, вставленная в сборку или созданная прямо в ней, деталь или поверхность, импортированные из другой системы трёхмерного моделирования (с помощью одного из обменных форматов), а также другая сборка (она называется подсборкой).

 В сборке можно выполнять формообразующие операции, которые используются при построении деталей.

Процесс формирования трёхмерной сборки в системе КОМПАС-3 D состоит из нескольких этапов.

1. Вставка компонентов сборки (отдельных деталей из файлов или стандартных элементов из библиотек). Отдельные компоненты могут создаваться прямо в сборке.

2. Размещение каждого компонента определённым образом и задание нужной ориентации в пространстве сборки.

3. Создание отдельных деталей прямо в сборке.

4. Применение завершающих операций, таких как создание отверстий, фасок и пр.

Чаще всего вставка и размещение компонентов выполняются одновременно.

Основные команды для управления объектами сборки размещены на панели инструментов Редактирование сборки.

Первой идёт группа кнопок, содержащая всего две команды для создания компонентов сборки непосредственно в текущей сборке. Команда Создать деталь служит для построения детали в режиме редактирования детали в сборке.

Вторая команда этой группы – Создать сборку. После нажатия данной кнопки система перейдёт в режим редактирования, только уже не детали в сборке, а подсборки в текущей сборке.

Для изменения положения компонента в сборке существуют команды перемещения и поворота.

Последняя команда панели инструментов Редактирование сборки-Новый чертёж из модели. Она создаёт новый документ КОМПАС-Чертёж, содержащий ассоциативный вид с модели, для которой эта команда была вызвана.

В условиях динамично развивающихся систем автоматизированного проектирования знание основ машинной графики и геометрического моделирования, методов создания чертежей является необходимым для современного инженера.

В любой проектной и конструкторской организации, на любом предприятии последние несколько лет большое внимание уделяется подготовке расчётов, чертежей и различной документации с использованием средств вычислительной техники.

Современный инженер, кроме знаний в своей области, должен владеть навыками автоматизированного проектирования, легко, точно и быстро с помощью компьютеров выполнять работы по расчётам, по проектированию и конструированию объектов, по разработке документации.

 

Заключение

В лекции приводятся примеры применения 2D-графики и трёх­мерных систем (3D).

Рассмотрены графические редакторы системы AutoCAD. Auto­CAD представляет собой систему, позволяющую автоматизиро­вать чертёжно-графические работы. Чертить в системе AutoCAD – значит формировать на экране изображение из отдельных графических эле­ментов.

Рассматривается система КОМПАС-3D. Указывается, что пакет КОМПАС-3D можно разделить на три составляющие:

- КОМПАС-ГРАФИК;

- КОМПАС-3D – модуль для работы с трёхмерными моделями;

- редактор спецификаций и текстовых документов.

В условиях развивающихся систем автоматизированного проек­ти­­рования знание основ машинной графики и геометрического моде­лирования, методов создания чертежей являются необходимыми для современного инженера.

 

Вопросы для самопроверки

1. За счёт чего при применении САПР сокращается продолжительность проектно-конструкторских работ?

2. Основные применения 2D-графики?

3. Основные применения 3D-графики?

4. Что собой представляют графические редакторы системы AutoCAD?

5. Из каких компонентов состоит программный пакет КОМПАС-3D?

6. Какие задачи могут быть решены при помощи чертёжно-графического редактора КОМПАС-График?

7. Какие задачи могут быть решены при помощи модуля КОМПАС-3D?

8. Какие операции выполняются при конструировании детали?

9. Какие операции выполняются при конструировании сборочной единицы?

10. Что представляет собой компонент сборки?

 

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: